Die kosmischen Wirren des Mikrowellenhintergrundes

Der Kern des STPpol-Instruments am South Pole Telescope. (Credits: SPT collaboration; DOE)
Der Kern des STPpol-Instruments am South Pole Telescope. (Credits: SPT collaboration; DOE)

Rund 380.000 Jahre nach dem Urknall vor etwa 13,7 Milliarden Jahren kühlte sich die Materie (hauptsächlich Wasserstoff) genug ab, um neutrale Atome zu bilden, und Licht konnte sich frei im Raum ausbreiten. Dieses Licht, die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung, gelangt aus jeder Richtung zu uns und ist gleichförmig bis auf schwache Helligkeitsunterschiede im Bereich von ein paar Tausendsteln – die Samenkörner der zukünftigen Strukturen wie Galaxien.

Astronomen haben vermutet, dass diese Ungleichmäßigkeiten auch Spuren eines ersten Expansionsschubs enthalten – die sogenannte Inflation – wobei das neue Universum in nur 10-33 Sekunden um 33 Größenordnungen anwuchs. Hinweise auf die Inflation sollten schwach in der Ausrichtung der kosmischen Ungleichmäßigkeiten präsent sein – ein Effekt, der vielleicht hundert Mal schwächer ist als die Ungleichmäßigkeiten selbst. Astronomen des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und ihre Kollegen, die am Südpol arbeiten, versuchen Hinweise auf diese Effekte zu finden, die als B-Mode-Polarisation bezeichnet werden.

Spuren dieses winzigen Effekts sind nicht nur schwer zu messen, sie könnten auch durch andere Phänomene verdeckt werden. Der CfA-Astronom Tony Stark ist Mitglied des großen South Pole Telescope (SPT) Konsortiums, das Galaxien und Galaxienhaufen im fernen Universum im Mikrowellenwellenlängenbereich untersucht. Einzelne kosmische Quellen werden normalerweise entweder von aktiven supermassiven Schwarzen Löchern dominiert und emittieren Strahlung aus den Jets aus geladenen Teilchen, die aus der Umgebung ausgestoßen werden, oder sie werden von Sternentstehungsprozessen dominiert, deren Strahlung von warmem Staub stammt. Die Emission ist wahrscheinlich ebenfalls polarisiert und könnte die positive Identifizierung von B-Mode-Signalen des kosmischen Mikrowellenhintergrundes verkomplizieren.

Das SPT-Team nutzte eine neue Analysemethode, um die kombinierte Polarisationsstärke all der Strahlungsquellen im Millimeterwellenlängenbereich zu untersuchen, die sie in einem 500 Quadratgrad großen Himmelsausschnitt fanden – etwa 4.000 Objekte. Die gute Nachricht für Erforscher des kosmischen Mikrowellenhintergrundes: Sie schlussfolgern, dass die extragalaktischen Vordergrundeffekte kleiner sein sollten als die erwarteten B-Mode-Signale, zumindest in einem breiten Entfernungsbereich.

Abhandlung: “Fractional Polarization of Extragalactic Sources in the 500 deg2 SPTpol Survey” von N. Gupta et al. MNRAS, 490, 5712, 2019.

Quelle

(THK)

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